本書主要介紹信號完整性和電源完整性的基礎理論和設計方法,並結閤實例,詳細介紹瞭如何在ANSYS仿真平颱完成相關仿真並分析結果。同時,在常見的數字信號高速電路設計方麵,本書詳細介紹瞭高速並行總綫DDR3和高速串行總綫PCIE、SFP+傳輸的特點,以及運用ANSYS仿真平颱的分析流程和方法。本書特點是理論和實例相結閤,並且基於ANSYS 15.0的SIWave、HFSS、Designer仿真平颱,使讀者可以在軟件的實際操作過程中,理解高速電路設計理念,同時熟悉仿真工具和分析流程,發現相關的問題並運用類似的設計、仿真方法去解決。
周潤景教授,中國電子學會高級會員,IEEE/EMBS會員,國傢自然科學基金項目"高速數字係統的信號與電源完整性聯閤設計與優化”等多項***、省部級科研項目負責人,主要從事模式識彆與智能係統、控製工程的研究與教學工作,具有豐富的教學與科研經驗。
第1章 信號完整性
1.1 信號完整性的要求及問題的産生
1.2 信號完整性問題的分類
1.3 傳輸綫基礎理論
1.4 端接電阻匹配方式
1.5 仿真模型
1.6 S參數
1.7 電磁場求解方法
第2章 HDMI的仿真與測試
2.1 HDMI簡介
2.2 HDMI信號完整性前仿真分析
2.3 HDMI信號完整性後仿真分析
2.3.1 切割TMDS差分綫
2.3.2 頻域分析
2.3.3 時域分析
2.3.4 差分對匹配
2.3.5 實測對比
2.4 本章小結
第3章 PCIE仿真與測試
3.1 PCIE簡介
3.2 SIwave提取傳輸綫S參數
3.2.1 運行SIwave
3.2.2 確認檢查
3.2.3 分割差分綫區域
3.2.4 自動端口生成
3.2.5 全局設置及仿真
3.2.6 計算S、Y、Z參數
3.2.7 導齣S參數
3.3 差分對建模仿真分析
3.3.1 創建項目
3.3.2 設置求解類型
3.3.3 設置模型單位
3.3.4 創建差分綫模型
3.4 在Designer中聯閤仿真
3.4.1 添加IBIS模型
3.4.2 導入HFSS文件(差分綫模型、過孔模型、連接器模型)
3.4.3 放置元件
3.5 PCIE的仿真與實測對比
3.5.1 測試環境與儀器介紹
3.5.2 仿真與實測對比
3.6 本章小結
第4章 SFP+高速通道的仿真與測試
4.1 SFP+簡介
4.2 SFP+通道仿真
4.2.1 轉換Brd文件到ANF文件
4.2.2 切割評估闆
4.2.3 使用SIwave自動創建Port
4.2.4 模型檢查
4.2.5 仿真設置
4.2.6 查看仿真結果
4.2.7 查看差分參數
4.2.8 導齣s4p參數模型
4.3 係統級頻域S參數仿真
4.3.1 添加S參數模型
4.3.2 添加頻率掃描
4.3.3 查看仿真結果
4.4 TDR仿真
4.4.1 添加參數模型
4.4.2 建立瞬態分析
4.4.3 創建結果報告
4.5 時域眼圖仿真
4.5.1 輸入AMI模型
4.5.2 設置AMI模型
4.5.3 仿真設置
4.5.4 查看眼圖
4.5.5 添加眼罩
4.6 SFP+通道實際測試
4.7 本章小結
第5章 並行通道DDR3仿真與分析
5.1 DDR3簡介
5.2 使用SIwave提取DDR3數據組
5.3 基於Designer的SI仿真
5.3.1 新建工程
5.3.2 選擇器件
5.3.3 運行分析
5.4 DDR的SI+PI仿真
5.4.1 眼圖分析
5.4.2 SSN分析
5.4.3 選取更多頻率點的分析
5.5 IR drop仿真
5.5.1 SIwave IR壓降檢查
5.5.2 IR壓降仿真
5.6 2.5維、三維模型在信號完整性中的對比分析
5.7 本章總結
第6章 電源完整性問題
6.1 電源完整性概述
6.2 電源噪聲形成機理及危害
6.3 VRM模塊
6.4 電容去耦原理
6.4.1 從儲能角度來理解
6.4.2 從阻抗角度來理解
6.5 PDS阻抗分析
6.5.1 PDS簡介
6.5.2 PCB PDS仿真
6.6 PCB諧振仿真
6.6.1 諧振簡介
6.6.2 PCB諧振仿真
6.6.3 去耦電容容值估算
6.6.4 兩種去耦電容配置方法
6.6.5 PCB諧振優化
6.7 傳導乾擾和電壓噪聲測量
6.8 直流壓降分析
6.9 串行通道的SSN分析
6.10 DDR3的同步開關噪聲分析
6.10.1 “Stratix IV GX FPGA Development Board”電路闆簡介
6.10.2 SIwave提取傳輸綫S參數
6.10.3 在Designer中進行DDR的SSN分析
6.11 本章小結
第7章 輻射分析
7.1 電磁兼容概述
7.2 電磁兼容相關標準
7.3 電磁乾擾方式
7.3.1 差模輻射
7.3.2 共模輻射
7.4 輻射仿真與分析
7.5 本章小結
第8章 信號完整性問題的場路協同仿真
8.1 SMA串行通道仿真
8.1.1 Stratix V GX信號完整性開發闆簡介
8.1.2 從Cadence導入SIwave
8.1.3 在SIwave中進行SMA通道仿真
8.2 SMA建模
8.2.1 PCB的切割
8.2.2 建立基座和同軸綫纜
8.2.3 添加Wave Port
8.2.4 仿真設置
8.2.5 查看仿真結果
8.3 Designer對整個高速互連通道進行係統級仿真
8.3.1 導入參數模型
8.3.2 設置仿真參數和查看仿真結果
8.3.3 TDR仿真
8.3.4 時域眼圖分析
8.4 本章小結
參考文獻
前言
目前,PCB係統中最典型的電性能分析主要包括信號完整性(Signal Integrity,SI)、電源完整性(Power Integrity,PI)和電磁兼容(Electromagnetic Compatibility,EMC)三大方嚮,越來越多的人和公司開始逐漸意識到高速設計對PCB和係統設計帶來的挑戰。伴隨著集成電子電路的工作頻率和集成化程度的不斷提高,PCB布局布綫越來越密集,信號之間的影響也越來越大,通過仿真手段在PCB設計階段就對潛在的SI/PI/EMI問題進行控製,可以降低研發成本與縮短産品開發時間。不管是在國外還是在國內,不管是在半導體、芯片封裝、計算機、通信、消費電子、航空航天和國防等各個領域,人們對SI、PI和EMI的設計流程和分析驗證都顯得格外重視。
基於以上的認識,我們對本書各章節做瞭相應的安排。本書具有如下3個特點。
理論與軟件操作相結閤:將信號完整性及電源完整性理論分析研究與ANSYS的信號完整性工具及電源完整性工具相結閤,對高速電路設計中存在的信號完整性問題和電源完整性問題進行瞭分析和研究,並提齣瞭相應的解決方法。
與設計實例相結閤:本書結閤瞭Altera公司的Stratix GX開發闆、DDR闆卡與Stratix GX開發闆的互聯係統、PCI-E闆卡等設計實例,對其中的信號完整性和電源完整性問題進行瞭分析與研究,使讀者在掌握理論與軟件操作的同時,最終將其應用到實際設計中。
係統性與獨立性:本書基本上涵蓋瞭高速電路闆設計中信號完整性、電源完整性及電磁兼容的基本問題,讀者既可以把本書作為教材來係統性地學習,同時也可以將其當作工具書有針對性地閱讀其中的某一章或某幾章,從而適閤不同層次、不同水平的讀者進行閱讀。
本文所采用的ANSYS 電子自動化設計(EDA)軟件,提供業界唯一完整的係統、電路和電磁場全集成化設計平颱,完成從部件設計、電路仿真優化到係統仿真驗證的全過程,並在高頻和低頻電磁場仿真、時域/頻域非綫性電路仿真、機電一體化設計技術等方麵始終處於領導地位,廣泛應用於各類高性能電子設備的設計。本書所采用的軟件工具包括如下。
HFSS:三維高頻結構全波電磁場仿真,對高速信號通道中的PCB、過孔、封裝、連接器、電纜等進行精確的全波仿真、設計與建模,仿真機箱/機櫃的屏蔽效能、諧振特性和PCB係統的輻射特性。
SIwave:PCB和封裝信號完整性/電源完整性、EMI/EMC設計仿真工具,采用有限元法直接仿真復雜的PCB結構,得到PCB電源/地平麵的諧振特性、完備的信號綫傳輸模型、供電阻抗、直流壓降、近場和遠場輻射等特性。
Designer:高速係統設計和仿真環境,可以動態鏈接和直接調用三維電磁場仿真、PCB電磁場仿真、電路仿真及測試數據,進行高速信號通道和PCB工作特性仿真。
本書主要分為信號完整性分析與電源完整性分析、電磁兼容三大部分,每一部分又可分為基礎理論與軟件操作。本書共8章,其中第4章由賈雯進行驗證並編寫,第5章由托亞進行驗證並編寫,第7章由薑攀進行驗證並編寫,其餘由周潤景編寫,全書由周潤景統稿。參加本書編寫的還有王洪艷、蔣詩俊、李誌、劉艷珍、劉白靈、韓亦俍、劉曉霞、張大山、何茹、張晨。
本書的齣版得到瞭電子工業齣版社張劍先生的大力支持,也有很多讀者提齣瞭寶貴的意見,在此一並錶示感謝!
該書受到國傢自然科學基金的支持(高速數字係統的信號與電源完整性聯閤分析及優化設計,項目批準號:61161001,2012.1—2015.12),在此錶示感謝!
該書對於高速電路設計人員及相關專業的教師、學生,將具有很好的使用價值與參考意義,並對提高我國高速電路的設計水平將發揮積極的作用。由於ANSYS公司的仿真工具功能非常強大,不可能通過一本書完成全部內容的詳盡介紹,加上時間與水平有限,不妥之處還望指正。
編著者
這本書的封麵設計和排版風格簡潔大氣,一看就是一本專業技術書籍。當我拿到這本書時,就被它厚實的份量所吸引,這預示著內容會非常豐富和深入。雖然我不是一名信號完整性和電源完整性領域的專傢,但因為工作需要,我一直在尋找一本能夠係統地介紹這方麵知識的書籍。這本書的名字,特彆是“基於ANSYS”這個關鍵詞,讓我覺得非常實用,因為ANSYS作為業界領先的仿真軟件,是解決實際工程問題的重要工具。我之前接觸過一些零散的資料,但總是感覺不成體係,缺乏一個清晰的邏輯脈絡。我希望這本書能夠填補這方麵的空白,從基礎理論講起,然後逐步過渡到具體的仿真流程和案例分析。我尤其期待書中能夠詳細講解ANSYS軟件在SI/PI分析中的具體操作步驟,包括建模、網格劃分、激勵設置、求解以及結果後處理等關鍵環節。如果書中還能包含一些實際工程中常見的SI/PI問題,比如串擾、反射、損耗、去耦、電源噪聲等,並給齣相應的仿真分析方法和優化建議,那將是錦上添花瞭。我對這本書的期望很高,希望能它成為我學習和實踐SI/PI設計的得力助手。
評分我一直對信號完整性(SI)和電源完整性(PI)在高速數字設計中的重要性深有體會,但真正將其與具體EDA工具相結閤進行係統學習的資料卻不多。這本《基於ANSYS的信號和電源完整性設計與分析》恰好填補瞭這一空白。首先,它提供瞭一個非常紮實的理論基礎,從電磁場理論到傳輸綫理論,再到各種噪聲耦閤機製,都進行瞭詳細的闡述。讓我感到驚喜的是,書中並沒有停留在理論層麵,而是將這些理論與ANSYS的仿真環境緊密地聯係起來。通過大量的圖示和具體的仿真流程,作者演示瞭如何利用ANSYS來精確地建模、設置仿真參數、運行仿真以及解釋仿真結果。我特彆關注瞭書中關於SI和PI協同分析的部分,這對於設計齣真正高性能的電子産品至關重要。書中對高速連接器、PCB疊層設計、去耦策略等方麵的深入探討,以及如何通過ANSYS仿真來評估這些設計的優劣,都讓我覺得非常有價值。這本書不僅適閤初學者入門,對於有一定經驗的工程師來說,也能提供新的思路和方法。
評分讀完這本書,我最大的感受是它提供瞭一個非常全麵且實用的信號和電源完整性分析框架。作者並沒有迴避復雜的理論,而是以一種循序漸進的方式,將抽象的概念轉化為易於理解的語言。在信號完整性部分,書中對信號傳輸中的反射、串擾、損耗等現象的講解非常到位,並詳細闡述瞭如何利用ANSYS軟件進行建模和仿真來預測和解決這些問題。我特彆喜歡其中關於PCB布局布綫規則的討論,以及如何通過仿真來驗證這些規則的有效性。在電源完整性方麵,書籍深入淺齣地分析瞭電源分配網絡(PDN)的設計原則,包括如何選擇閤適的去耦電容、如何評估PDN的阻抗以及如何抑製電源噪聲。書中大量的仿真截圖和具體的工程案例,讓我能夠清晰地看到每一步操作的邏輯和最終的效果,這對於初學者來說是極其寶貴的。我嘗試著按照書中的方法,在ANSYS中進行瞭一些簡單的仿真實驗,發現軟件的操作比我想象的要直觀許多,而且仿真結果與我的預期基本吻閤。這本書確實能夠幫助讀者建立起完整的SI/PI設計理念,並掌握使用ANSYS進行仿真分析的關鍵技能。
評分坦白說,這本書的內容深度和廣度都超齣瞭我的預期。作為一名在電子設計領域摸爬滾打多年的工程師,我一直認為SI/PI是一個既重要又難以掌握的領域。以往的學習主要依靠各種技術文檔和零散的研討會資料,始終沒有找到一個能係統梳理全貌的參考。而這本《基於ANSYS的信號和電源完整性設計與分析》恰恰彌補瞭這一缺憾。它不僅詳細介紹瞭SI/PI的基本原理,更將理論與ANSYS軟件的強大功能緊密結閤。我印象最深刻的是書中關於電磁場仿真的部分,如何將PCB模型導入ANSYS,並進行精確的電磁場仿真,以分析信號在傳輸綫上的損耗和串擾。這些內容對於理解高速信號的傳播機製至關重要。此外,在電源完整性方麵,書中對PDN阻抗的分析和優化策略的講解,也讓我受益匪淺。特彆是關於如何使用ANSYS仿真工具來評估PDN的性能,以及如何根據仿真結果進行改進,這些都是非常實用的工程技巧。這本書的語言風格嚴謹而不失生動,邏輯清晰,即使是復雜的概念也能被作者以一種易於理解的方式呈現齣來。
評分這本書的價值在於它提供瞭一個非常完整的、從理論到實踐的“解決方案”。在學習SI/PI的過程中,很多時候我們會麵臨理論知識與實際操作脫節的問題。而這本書很好地解決瞭這一痛點。它不僅僅是介紹SI/PI的原理,更重要的是,它詳細展示瞭如何利用ANSYS這個強大的仿真平颱來解決實際工程問題。書中關於信號衰減、串擾、抖動分析的仿真步驟,以及如何優化PCB布局、選擇閤適的元器件等內容,都非常有指導意義。我尤其喜歡書中對電源分配網絡(PDN)的設計與分析的講解,這部分內容非常貼近實際項目需求。如何通過ANSYS仿真來評估PDN的噪聲、電壓跌落,並給齣相應的優化建議,這對於保證係統穩定運行至關重要。這本書的結構清晰,邏輯嚴謹,即使是對SI/PI領域不太熟悉的讀者,也能通過閱讀這本書逐步建立起對該領域的認知。作者在書中融入瞭大量的實際工程經驗,使得書中講解的方法和技巧更具參考價值,能夠幫助讀者在實際工作中少走彎路,提高設計效率。
評分下雨天兩個濕濕的印子?
評分很不錯,強烈推薦
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評分第一次買這本,覺得不行,不推薦
評分正在學習中……
評分到貨很快 正在看與學習中
評分很適閤學習。
評分下雨天兩個濕濕的印子?
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